Nejpřesnější atomové hodiny na světě se každých 30 miliard let zpomalí o 1 sekundu

Vědci vyvinuli dosud nejpřesnější a nejpřesnější atomové hodiny – pokud byste je provozovali po dobu dvojnásobku současného stáří vesmíru, zhasly by jen o jednu sekundu. To by mohlo nejen zlepšit služby, jako je GPS, ale pomoci vědcům zkoumat, jak gravitace deformuje tok času na submilimetrové vzdálenosti.

Vaše hodinky Mickey Mouse udržují čas v pořádku pro každodenní účely – být sekundou tady nebo tam nezáleží na schůzkách nebo obědech. Ale u složitých událostí, jako jsou starty do vesmíru, mohou rozdíly ve zlomcích sekundy znamenat rozdíl mezi zátkami od šampaňského praskajícími v kontrolní místnosti a nejdražšími explozemi, které lidé mohou způsobit.

Atomové hodiny jsou neuvěřitelně přesné nástroje, které umožňují tyto působivé výkony. Fungují tak, že počítají extrémně předvídatelné vibrace určitých atomů – například cesium-133 „tiká“ přesně 9 192 631 770krát za sekundu, a to se od 60. let používá k oficiálnímu definování délky sekundy. Jsou přesné na jednu sekundu za 300 milionů let.

Nyní vědci z JILA vyvinuli atomové hodiny, které jsou mnohem přesnější. Je založen na několika vývojových trendech, které tým v průběhu let vytvořil. Za prvé, nepoužívá atomy cesia, ale místo toho stroncium, které tikají šílených 429 bilionůkrát za sekundu. Spíše než měření těchto tiků pomocí mikrovln, tento druh atomových hodin používá viditelné světelné vlny, které mají mnohem vyšší frekvenci.

Desítky tisíc těchto atomů stroncia jsou uvězněny v jakési laserové síti neboli „optické mřížce“, která je drží na místě, zatímco dělají svůj předvídatelný tanec. Tolik na jednom místě pomáhá zvýšit přesnost, přičemž tyto klesají pouze o jednu sekundu během miliard let.

K. Palubicki/NIST

Nové atomové hodiny týmu JILA zvyšují přesnost na rekordní úroveň pomocí mělčí a jemnější světelné pasti. Tím se zabrání dvěma zdrojům chyb, které jsou často vnášeny do atomových hodin optické mřížky – vlivům laserového světla a narážení atomů do sebe.

Tento nový design je zjevně přesný s přesností 8,1 dílů na 10 kvintilionů (10 následovaná 19 nulami). Jinými slovy, hodiny by se minuly pouze o jednu sekundu, pokud by běžely 30 miliard let – to je více než dvojnásobek současného stáří vesmíru. Je to zatraceně přesné, to se snažíme říct.

Tato ohromující přesnost by mohla být použita k měření času lépe než kdy předtím, a tím se zlepšily technologie, jako je GPS a komunikace. Ale mohlo by to také pomoci zkoumat samotnou fyziku – koneckonců gravitace může měnit rychlost, kterou plyne čas, a tento přístroj by mohl měřit tento rozdíl na vzdálenostech kolem tloušťky jednoho vlasu.

„Tyto hodiny jsou tak přesné, že dokážou detekovat drobné efekty předpovídané teoriemi, jako je obecná teorie relativity, dokonce i v mikroskopickém měřítku,“ řekl Jun Ye, autor studie. „Posouvá hranice toho, co je možné s měřením času.“

Výzkum byl přijat k publikaci v časopise Dopisy fyzické revizea je v současné době k dispozici jako předtisk na ArXiv.

Zdroj: NIST